未知顶点输入下的框架结构物理参数识别及地震反演研究

对同时作用有未知顶点集中荷载和未知地震荷载的框架结构的物理参数识别及荷载反演进行了研究。根据地震荷载在框架任意层上的作用都是时域相关的特点,并结合"消去法"和"统计平均法"对结构的物理参数识别的同时,反演出未知顶点集中荷载和地震荷载时程。通过具体工程算例验证该算法的有效性和可靠性;并对有噪声情况下识别进行探讨。从而为结构损伤识别提供有效的方法。     

基底输入未知条件下质量不确定结构损伤识别

针对结构各层有效质量和地震动输入均未知情况下的损伤识别问题,构造了不需要已知周围土壤、邻近结构和非结构构件影响的层间规格化刚度参数和阻尼参数,提出了一种新的逐层递推时域识别方法,给出了用规格化参数进行损伤识别的公式.为避免结构质量的影响,引入暂态影响参数和相关参数,并分析了质量误差对参数识别的影响.该方法利用测试数据时程直接进行结构损伤识别,并可反演出地震动时程.算例表明本方法切实可行.     

考虑结构质量未知的非链式结构系统识别方法

目前已发展了许多基于结构振动响应进行结构系统识别的方法,但这些方法大都假定结构质量已知.虽然有部分学者研究涉及到质量未知的结构系统识别,但提出的方法还需要观测结构全部响应,尤其大多数为链式结构识别,对非链式结构研究很少.本文针对这些不足,研究考虑结构质量未知的非链式结构系统的识别,提出基于扩展卡尔曼滤波(EKF)方法,仅需要观测梁结构部分加速度响应,可同时识别结构的位移速度响应状态与未知的结构质量、刚度、阻尼参数.进一步推广了外激励未知情况下的扩展卡尔曼滤波(EKF-UI)方法,融合观测的结构部分加速度与应变响应,同时识别结构的位移速度响应状态与未知的结构质量、刚度和阻尼参数.并分别采用简支梁在已知和未知外激励下结构系统的识别算例,验证提出的两种方法的有效性.     

基于粒子滤波的结构参数和荷载同步识别方法

在输入荷载未知的情况下,为解决结构参数和荷载的同步识别问题,将速度、位移、结构参数和输入荷载同时作为状态值构建状态空间方程,选用非线性性能较好的粒子滤波辨识结构参数与荷载.针对利用加速度进行荷载识别时出现的漂移问题,采用梯形积分和零相位高通滤波,通过测试得到加速度计算速度、位移数据,并运用计算值更新粒子滤波求得的速度、位移状态值,从而消除漂移现象.数值算例表明,文中方法能同时识别结构参数和荷载值,与真实值的误差较小,可有效解决识别过程中荷载识别值漂移的问题.     

框架结构损伤识别的单元刚度矩阵分解方法

通常情况下框架结构单元截面惯性矩和截面面积的损伤程度不是线性比例关系,所以单元的损伤程度不能由损伤系数直接乘以刚度矩阵来表征,所以为此提出一种框架结构损伤识别的单元刚度矩阵分解方法。首先通过构件单元刚度矩阵分解重组得到新的单元刚度矩阵形式。然后推导了结构整体刚度矩阵的集成过程,建立了以各单元的截面参数为未知变量的结构损伤分析模型。最后将测得的结点位移信息带入到分析模型中,求解得到结构中每个构件的截面参数,实现了构件的损伤定位和损伤程度定量分析。对于结构中存在损伤的构件,无论是单一构件还是多个构件,此方法都可以精准的识别出损伤位置和损伤程度。     

基于ASCE SHM Benchmark模型的两阶段结构损伤识别方法

近年来,一种激励未知和输出部分已知条件下结构局部损伤识别的新方法得以提出,这种方法能基于子结构思想进行复杂结构的局部损伤识别,基于此方法,提出两阶段的损伤识别策略,并将其应用于第1阶段ASCE SHMbench-mark模型的case 4的4种损伤识别,以检验此方法的有效性.在第1阶段,提出8-DOF的损伤模型以进行损伤层的定位;第2阶段,利用子结构的思想,提出12-DOF的损伤模型,在包含损伤层的子结构中对损伤进行准确识别和定位.采用扩展卡尔曼方法对增广状态向量进行估计并使用最小二乘对未知激励进行递推,识别未知激励下的结构物理参数.损伤识别的结果显示,此方法能高精度地识别benchmark模型的各种损伤情形.     

基于Kanai-Tajimi模型的地震作用荷载新型识别方法

目的研究一种识别地震作用荷载的方法,为地震作用荷载的识别与相应结构的动力特性、损伤的识别提供一种新的途径,进一步为结构的安全性、损伤进程和耐久性等研究提供理论参考.方法利用Kanai-Tajimi模型将单位强度白噪声过程模拟为未知的地震作用,并将其作用在结构上,然后根据数值模拟计算得到的结构体系响应作为观测量,采用Kalman滤波对未知荷载状态加以识别.结果最终可以利用结构的加速度响应反演得出地震作用的等效荷载,在人工添加5%观测噪声的条件下,最大误差率为7%左右,而在人工添加10%观测噪声的条件下,最大误差率为8%左右.结论通过算例的验证,说明笔者所采用的方法精度较高,获得了较好的识别效果.     

古建筑木结构地震损伤分析及抗侧刚度识别

为研究地震作用下古建筑木结构层间抗侧能力损伤和识别,根据缩尺比为1∶3.52殿堂式古建筑木结构振动台试验,分析不同地震损伤下模型层间等效抗侧刚度、侧移响应及侧移对刚度损伤的敏感性.在考虑柱脚滑移的结构简化力学模型基础上,推导模型的状态方程和观测方程.考虑试验环境噪声干扰,利用奇异值分解偏最小二乘(PLS-SVD)和扩展卡尔曼滤波(EKF)方法定量识别模型等效抗侧刚度.结果表明,随着地震损伤增加,结构层间等效抗侧刚度比减小、侧移峰值对柱架层结构损伤较乳层敏感.无损工况下结构等效抗侧刚度识别误差在10%左右;损伤工况下结构等效抗侧刚度识别误差为15%～20%.通过明代古建筑木结构西安钟楼等效抗侧刚度在线识别,验证了PLS-SVD和EKF方法可为古建筑木结构等效抗侧能力监测和震前抗倒塌预警提供理论依据.     

一种改进的桥梁结构物理参数识别算法

为了解决悬臂型桥墩结构在输入信息未知条件下的物理参数识别问题,采用将松弛法与改进的全量补偿算法结合起来的算法,通过对参数的离散化,对输入未知条件下的一悬臂型桥墩结构的多个物理参数进行了识别。结果表明:无噪声条件下,结构各物理参数识别精度较高;添加不同噪声后,由于Rayleigh阻尼中质量和刚度阻尼系数的数量级差别较大,以致质量阻尼系数的识别结果相对误差明显较刚度参数大,但均在精度要求范围之内。该改进的算法不仅理论上更加完善,同时也具有很高的识别精度和一定的收敛速度,为弯曲型结构物理参数识别研究提供了一种新的方法思路,便于工程应用。     

结构连接刚度损伤的识别方法

通过钢桁架结构系统在模拟连接损伤工况下的动力特性参数测试,基于实测数据分析了各类动力指纹参数对连接刚度损伤识别的效果,提出了一种基于频段相关系数的结构连接刚度损伤识别方法.通过破损方案对比验证了此损伤识别方法的有效性,并利用有限元模拟对该识别方法的适用范围加以探讨.研究结果显示:频段相关系数作为一种新的损伤识别指纹参数...     

BRS板部分自复位连接新型卷边PEC柱-钢梁组合框架边节点抗震机理试验

为了研究BRS板部分自复位连接新型卷边PEC柱-钢梁组合框架边节点的抗震性能,对考虑PEC柱布置方式和柱顶竖向力的3个缩尺试件进行水平低周往复荷载下的抗震性能试验研究。基于试验结果,从试件的承载力、刚度衰减规律、自复位功效、耗能能力和节点传力机理等方面分析试件的抗震机理。研究结果显示:(a)BRS板部分自复位连接可通过BRS板屈服耗散地震能和预拉杆实现自复位功效,且整个加载过程中结构主要构件处在弹性状态。(b)PEC柱顶竖向力明显提高了其初始抗弯刚度,且其二阶效应加快了连接的耗能发展进程,而PEC柱的布置对初始抗弯刚度、刚度退化和耗能发展进程影响较小。(c)试件SYJ1加载至中震层间侧移限值1/50时其残余相对侧移角小于0.005 rad,而加载至大震层间侧移限值1/30时其残余相对侧移角仍小于0.01 rad,表明该试件具有极佳的自复位功效;试件SYJ3的自复位功效稍劣于试件SYJ1,前者在加载至中震层间侧移限值1/50之前时自复位功效尚好,但加载后期其自复位功效退化明显。     

箍筋不同配置钢筋混凝土柱的力学性能分析

为进一步明确柱箍筋配置对钢筋混凝土(RC)柱的力学性能影响,以柱箍筋不同配置形式为主要研究参量,浇注4根RC柱试件。对各试件进行反复加载试验,研究各试件的滞回曲线、剪切变形、轴向变形、刚度退化及能量耗散系数等。结果表明：对柱箍筋进行加密,有增大试件的最大承载力和控制试件破坏之前的剪切变形和轴向变形的作用;随着箍筋加密区的增大,试件的延性和耗能性能提升。而柱箍筋加密对试件的屈服荷载、初始刚度、第二刚度及刚度退化等没有明显的影响。     

混凝土结构植筋连接件剪拉性能试验研究

为了研究剪拉作用下混凝土结构植筋连接件的力学性能,以荷载形式及加载方式为主要研究参量,对4组混凝土结构植筋连接件进行单剪和剪拉耦合作用加载试验。通过植筋连接件(试件)的承载力、刚度及滞回曲线等分析;结果表明:单剪荷载作用下的试件承载力、刚度和耗能性能等均大于剪拉耦合荷载作用状态;加载方式不影响试件的承载力、刚度及破坏状态等。     

新型钢框架焊接节点抗震性能试验与数值分析

为提高钢框架焊接节点的抗震性能,提出一种盖板加强与腹板开孔削弱并用的新型节点构造形式. 对4个不同构造形式的钢框架焊接节点试件（标准型、盖板加强型、腹板开孔削弱型、新型）进行了低周往复加载试验及有限元分析,对比研究了梁端局部构造形式对钢框架节点破坏模式、滞回性能、承载力、刚度退化、延性及耗能能力的影响. 结果表明：相比标准节点,采取局部构造措施的节点均实现了塑性铰外移,使得破坏模式由梁柱连接焊缝处脆性破坏转换为梁局部塑性破坏;塑性变形能力及耗能能力显著提高;塑性应变累积加剧板件局部屈曲,造成强度、刚度逐步退化,抗震性能更优越. 新型节点在承载力、刚度基本不变的前提下,延性及耗能能力分别增加了20.0%、27.9%,验证了该类节点的可行性. 文中建立的基于应力三轴度损伤准则的有限元模型可有效预测各类型钢框架焊接节点在循环荷载作用下的受力性能.     

PEC柱-型钢梁半刚性框架抗震性能试验研究

为了研究PEC柱(partially encased concrete column)-型钢梁半刚性框架的受力特点、滞回性能、延性及破坏模式,对PEC柱-型钢梁顶底角钢连接的半刚性框架进行了低周反复荷载试验。试验共设计了三个框架,参数为轴压比和螺栓边距。通过试验数据得到了此类框架的滞回曲线、刚度退化、延性系数等抗震性能指标,分析了顶底角钢节点的初始转动刚度。试验结果表明:增大轴压比可以提高半刚性框架的极限承载力,承载力提高了8.9%;但延性有所降低,平均位移延性系数减小了37.9%;减小螺栓边距可以提高节点初始刚度,减缓刚度退化,增加框架延性;PEC柱-型钢梁顶底角钢连接的半刚性框架滞回曲线饱满,具有良好的抗震性能。     

疲劳荷载作用下的植筋混凝土梁刚度分析及计算

植筋技术是一种被广泛应用于工程界的连接锚固技术。对承受疲劳循环荷载的植筋梁而言,疲劳破坏是一种重要的损伤形式。为了分析植筋处于疲劳状态下的工作性能,共设计制作了3根相同植筋深度的混凝土梁试件,并对其进行疲劳试验下的受弯试验。试验表明:植筋梁的刚度在疲劳加载下有了一定的降低,低频加载对梁体造成的损伤大于高频加载;通过对刚度退化的分析,建立符合刚度退化规律的函数,对试验数据进行拟合,得出刚度退化系数函数,与结果吻合较好,实现了对植筋梁疲劳刚度的计算,能够对植筋梁疲劳刚度进行定量描述。     

干湿循环及水平循环荷载下的码头群桩侧向累积位移

为了揭示干湿循环及水平循环荷载作用下码头群桩累积侧向位移分布特征,基于水平循环受荷的刚度衰减模型和土体抗剪强度干湿循环弱化模型,通过ABAQUS进行二次开发实现了土体刚度衰减和土体抗剪强度干湿循环弱化,并依托三峡库区某在役货运码头,建立了码头群桩-岸坡相互作用三维数值模型.通过数值结果系统分析了三峡库区在干湿循环及水平循环荷载作用下码头群桩桩顶及桩身累积侧向位移.研究表明:干湿循环和水平循环荷载产生的循环效应集中在循环周期的前面阶段;存在临界水平循环荷载比,当水平循环荷载比小于临界值时,累积位移随着循环次数的增加而逐渐增大,在加载后期桩基侧向位移趋于稳定;当水平循环荷载比大于临界值时,累积位移随循环次数的增加而不断增大,在加载后期仍有不断增加的趋势,当桩基设计从控制变形考虑时,建议将水平循环荷载比控制在0.5以内;干湿循环后在水平循环荷载作用下,桩侧累积位移有明显增大的趋势;最后,根据数值计算结果,提出了干湿循环后水平循环荷载作用下群桩桩顶侧向累积位移预测模型,可供工程实践参考.     

钢筋环扣连接的叠合梁柱节点力学性能研究

提出一种叠合梁柱节点的钢筋环扣连接技术,对4个试件进行低周往复加载试验,研究节点的滞回性能,耗能能力、刚度退化等力学性能。试验结果表明：钢筋环扣连接节点在低周往复荷载作用下的承载力和刚度退化方面优于现浇与弯锚节点。在此基础上,采用ABAQUS对不同弯折高度的钢筋环扣连接节点进行单调加载计算分析,参数分析结果表明：增加钢筋环扣的弯折高度会降低节点的抗弯刚度,但在节点受拉钢筋屈服后,其承载力下降较缓。     

钢筋混凝土框架发生局部破坏后抗震可靠度分析

采用结构的变形破坏准则,以基于不同抗震功能要求的结构最薄弱层间变形可靠指标作为参照指标,对钢筋混凝土框架结构发生局部破坏后的抗震可靠度进行了分析,并对不同的局部破坏模式进行了对比研究,以期找出对结构最不利的局部破坏模式,以及结构可以接受的局部破坏模式,从而为结构的抗震设计提供一些借鉴,另外,还提出了结构可靠度分析的近似简化方法。